Die Erfindung geht aus von einer Schaltung für den Startvorgang in einem Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Kraftfahrzeug enthält im allgemeinen eine Batterie in Form des sogenannten
Fahrzeugakkus, vorzugsweise mit einer Nennspannung von 12 Volt, der das gesamte
Bordnetz versorgt und beim Startvorgang auch den Strom für den Anlasser- oder
Startermotor liefert, der mit dem eigentlichen Fahrzeugmotor in Form einer
Verbrennungskraftmaschine (VKM) gekuppelt ist.
Wegen des hohen Startstroms von etwa 200 A erfolgt der Startvorgang mit einem
Starterrelais, dessen Arbeitskontakt zwischen dem Fahrzeugakku und dem Startermotor
liegt und dessem Erregerwicklung von dem Fahrzeugakku ein Steuerstrom zugeführt
wird. Der Steuerstrom kann zum Beispiel von einem Motor-Steuergerät über einen als
Schalter arbeitenden Transistor eingeschaltet werden.
Im Rahmen einer Diebstahlsicherung ist es bekannt, die für den Startvorgang benötigten
Steuersignale von einem in dem Steuergerät enthaltenen Mikroprozessor zu erzeugen,
der nur dann freigegeben wird, wenn, zum Beispiel durch Auswertung eines
Schlüsselkodes oder einer Scheckkarte, die Legitimation des Fahrers, das Kraftfahrzeug
zu benutzen, erkannt worden ist. Dabei ergibt sich in der Praxis folgende Schwierigkeit:
Wegen des hohen Startstroms von ca 200 A fällt die Spannung am Ausgang des
Fahrzeugakkus während des Starterbetriebs u. U. unter die Funktionsgrenze der
Elektronik-Komponenten, die auch vom Fahrzeugakku versorgt werden, ab. Es können
dann die für den Startvorgang benötigten Signale nicht mehr geliefert werden. Der
Startvorgang wird dann vor dem Zünden des Fahrzeugmotors unterbrochen und kann
auch nach mehrmaligen Versuchen nicht erfolgen.
Es ist zwar denkbar, mit einem als Stabilisator arbeitenden Gleichspannungswandler,
einem sogenannten DC/DC-Konverter, die Ausgangsspannung des Fahrzeugakkus
soweit zu stabilisieren, daß diese nicht unter den genannten kritischen Wert von etwa +6
V abfällt. Ebenso ist es möglich, für den Mikroprozessor eine getrennte Batterie oder
einen getrennten Akku vorzusehen. Derartige Lösungen erfordern jedoch für einen
Massenartikel wie ein Kraftfahrzeug einen zu hohen Kostenaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für den Startvorgang der
beschriebenen Art auf einfache Weise so abzuwandeln, daß auch bei stark verringerter
Akkuspannung ein einwandfreier Startvorgang gewährleistet ist, selbst wenn die
Akkuspannung unter den Wert absinkt, unterhalb dessen der Mikroprozessor nicht mehr
arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der Erfindung fließt somit der Steuerstrom für das Starterrelais über ein zu Beginn
des Startvorgangs leitend gesteuertes, selbsthaltendes Schalterelement, vorzugsweise in
Form eines Thyristors. Ein derartiges Schalterelement wie ein Thyristor hat die Eigenart,
daß er die Steuerung in den leitenden Zustand gespeichert hat und danach auch ohne
Ansteuerung bis zu kleinen Strömen hin leitend bleibt. Diese Eigenart eines Thyristors
oder eines ähnlichen Bauteils wird bei der Erfindung somit in vorteilhafter Weise zur
Aufrechterhaltung des Starterbetriebs ausgenutzt, selbst wenn durch eine zu niedrige
Akkuspannung alle Steuersignale von einem Mikroprozessor ausfallen. Die Erfindung ist
besonders vorteilhaft anwendbar bei einem sogenannten Automatikstart, bei dem der
Startvorgang durch einmaliges Betätigen eines Knopfes gestartet und dann automatisch
beim Zünden des Fahrzeugmotors, also bei Erreichen der Startendedrehzahl, wieder
abgeschaltet wird.
Das den Startvorgang beendende Steuerelement wird vorzugsweise durch einen parallel
zu dem Schalterelement liegenden, am Ende des Startvorgangs leitend gesteuerten
Transistor gebildet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Zeit, während der das selbsthaltende
Schalterelement, vorzugsweise ein Thyristor, leitend ist, zeitlich begrenzt, zum Beispiel
auf 5 bis 10 sec. Dadurch wird vermieden, daß ein zu langer Startversuch erfolgt, der
den Fahrzeugakku oder andere Bauteile gefährden kann. Es ist auch möglich, die Zeit
zwischen dem Beginn des Startvorgangs, also dem Durchschalten des Schalterelements,
und dem Ende des Startvorgangs, also der Betätigung des Steuerelementes zu messen
und dem Fahrer anzuzeigen oder für Service oder Überwachungszwecke in einem
Speicher des Kraftfahrzeugs zu speichern. Eine vorübergehende oder länger dauernde
zu hohe Startzeit, zum Beispiel über fünf Sekunden, kann gegebenenfalls auf Fehler in
dem Fahrzeugmotor oder der gesamten Anlage hinweisen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen
- Fig. 1
- ein Beispiel einer die erfindungsgemäße Lösung enthaltenden Schaltung für
den Startvorgang und
- Fig. 2
- den Verlauf der von dem Fahrzeugakku abgegebenen Spannung während
des Startvorgangs.
In Fig. 1 ist der Fahrzeugakku 1 mit einer Nennspannung von +12 V und dem
Innenwiderstand Ri über die Arbeitswicklung a eines Starterrelais an den Startermotor 2
oder sogenannten Anlasser für den eigentlichen Fahrzeugmotor 3 in Form einer
Verbrennungskraftmaschine (VKM) angeschlossen. Außerdem ist die
Ausgangsspannung U1 des Fahrzeugakkus 1 über die Erregerwicklung A des
Starterrelais und einen in einer Steuerschaltung 4 enthaltenen Thyristor 5 mit Erde
verbunden. Parallel zu dem Thyristor 5 liegt die Kollektor/Emitter-Strecke eines
Transistor 6. Die Steuerelektroden des Thyristors 5 und des Transistors 6 sind an
Ausgänge eines Mikroprozessors 7 angeschlossen, der Steuerimpulse S1 und S3 für die
Teile 5, 6 liefert. Die Spannung U1 ist außerdem als Betriebsspannung über den
Anschluß 8 an den Mikroprozessor 7 angelegt. Mit dem Fahrzeugmotor 3 ist ein
Drehzahlmesser 9 verbunden, der über einen Anschluß 10 des Steuergeräts 4 mit einem
weiteren Steuereingang des Mikroprozessors 7 verbunden ist. Ein zum Einleiten des
Startvorgangs dienender Starttaster 11 verbindet eine positive Spannung +U2 über einen
Anschluß 12 des Steuergeräts 4 mit einem weiteren Steuereingang des Mikroprozessors
7.
Im folgenden wird die Wirkungsweise dieser Schaltung beschrieben. Es sei
angenommen, daß der Fahrzeugmotor 3 zunächst nicht läuft und der Arbeitskontakt a
geöffnet ist. Zur Einleitung des Startvorgangs wird im Zeitpunkt t1 (Fig. 2) der Starttaster
11 manuell betätigt, so daß die positive Spannung +U2 über den Anschluß 12 des
Steuergerätes 4 an den Mikroprozessor 7 gelangt. Daraufhin erzeugt der Mikroprozessor
7 den Impuls S1. Dieser gelangt an das Gate des Thyristors 5 und steuert den Thyristor
5 leitend. Daraufhin fließt von dem Akku 1 über die Erregerwicklung A und den leitenden
Thyristor 5 ein Steuerstrom Ie, so daß der Arbeitskontakt a geschlossen wird. Dadurch
gelangt die Spannung U1 auch an den Startermotor 2, der nunmehr den Fahrzeugmotor
3 für den Start- oder Anlasserbetrieb antreibt. Wenn der Fahrzeugmotor 3 gezündet hat,
das heißt eine bestimmte Startendedrehzahl erreicht ist, erzeugt der Drehzahlmesser 9
einen Impuls S2, der über den Anschluß 10 auf den Mikroprozessor 7 gelangt. Daraufhin
erzeugt der Mikroprozessor 7 den kurzen Impuls S3 von einigen Millisekunden, der an
die Basis des Transistors 6 gelangt und den Transistor 6 durchschaltet. Dadurch wird der
Punkt P1 fast auf Erdpotential gezogen, so daß der Thyristor 5 wieder gelöscht wird. Der
Startvorgang ist dann beendet, der Steuerstrom Ie wird null, und der Arbeitskontakt a
wird wieder geöffnet.
In Fig. 2 ist angenommen, daß noch während des Startvorgangs, also bevor die
Startendedrehzahl erreicht ist, die Spannung U1 aufgrund des hohen Stromes Is und des
Innenwiderstandes Ri zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 unter den Wert von 6 V abfällt,
unterhalb dessen der Mikroprozessor 7 nicht mehr arbeitet. Der Mikroprozessor 7 würde
somit von t2-t3 keine Steuerimpulse liefern, so daß ohne besondere Maßnahmen der
Weg des Steuerstroms Ie und damit der Startvorgang unterbrochen würden. Obwohl
zwischen t2 und t3 die Steuersignale S1 und S3 ausfallen, bleibt der Thyristor 5 aufgrund
seiner selbsthaftenden Eigenschaft leitend, so daß trotz des Ausfalls der Steuerimpulse
S1 und S3 der Startvorgang fortgesetzt wird. Der Thyristor 5 würde zwar bei einem sehr
kleinen Strom, der einer Spannung an P1 von etwa 2 V entspricht, auch gelöscht.
Derartig geringe Werte für die Spannung U1 treten jedoch in der Praxis nicht auf. Das
bedeutet, daß unter allen denkbaren Umständen, also auch bei der niedrigsten
denkbaren Akkuspannung U1, der Starterbetrieb durch einen Ausfall des
Mikroprozessors 7 nicht unterbrochen wird.
Im Zeitpunkt t4 von Fig. 2 hat der Fahrzeugmotor 3 gezündet, das heißt die
Startendedrehzahl erreicht. Das ist der Zeitpunkt, in dem der Impuls S2 auftritt und den
Impuls S3 auslöst, der den Transistor 6 leitend steuert. Dafür ist zwar Voraussetzung,
daß der Mikroprozessor 7 wieder arbeitet. Das ist aber in der Praxis der Fall, weil nach
der Zündung des Fahrzeugmotors 3, also nach Erreichen der Startendedrehzahl, die
Ausgangsspannung U1 des Akkus 1 praktisch wieder auf die Nennspannung
angestiegen ist.
Die Erfindung wurde am Beispiel eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Sie ist grundsätzlich
anwendbar bei Geräten, Maschinen, Anlagen oder dergl., die durch eine
Verbrennungskraftmaschine betrieben werden, die von einem Akku gestartet wird. Dazu
gehören zum Beispiel auch Baumaschinen, mobile Werkzeugmaschinen,
Bodenbearbeitungsgeräte, Rasenmäher und dergl..
BEZUGSZEICHENLISTE
- 1
- Fahrzeugakku
- 2
- Startermotor
- 3
- Fahrzeugmotor
- 4
- Steuerschaltung
- 5
- Thyristor
- 6
- Transistor
- 7
- Mikroprozessor
- 8
- Anschluß
- 9
- Drehzahlmesser
- 10
- Anschluß
- 11
- Starttaster
- 12
- Anschluß
- U1
- Ausgangsspannung
- U2
- positive Spannung
- Is
- Strom
- Ri
- Innenwiderstand
- P1
- Punkt
- S1
- Impuls
- S2
- Impuls
- S3
- Impuls
- T1, t2, t3, t4
- Zeitpunkt